一、聲學特性檢測技術研究概況
利用食品與農產品聲學特性對其進行無損檢測和分級，是現代聲學、電子學、計算機、生物學等技術在食品與農產品生產和加工中的綜合應用。它具有適應性強、檢測靈敏度高、對人體無害、使用靈活、設備輕巧、成本低廉、可在野外及水下等各種環境中工作和易實現自動化等優點,是一項正在飛速發展的新技術,在不少發達國家該技術經過近30年來的研究和發展,已逐步進入實際應用階段。1975年，Clark發現聲波通過西瓜的衰減時間和西瓜的硬度密切相關,並且衰減時間隨著西瓜成熟度的提高而延長；在此研究的基礎上,1976年研製成功了西瓜成熟度測定儀；1980年和1981年，Ya-mamoto等利用聲激勵測出了部分水果的固有頻率,他們的研究還表明，水果的聲學特性與彈性模量、極限強度和硬度是顯著相關的；1983年，Sarkar和Wolfe發現超聲波的頻率是影響超聲波在水果和蔬菜組織中穿透能力的重要因素，指出進行新鮮水果和蔬菜檢測時應采用頻率為100～500kHz的低頻超聲波，並提出了用超聲波檢測柑橘等水果果皮光滑度、番茄表麵裂紋等的方法；1985年Arad等研究發現用超聲波檢測甜瓜品質與用光電法、比重法、X射線法相比，具有很大的優越性；1985年，Watts和Russell用超聲波測出土豆的內部缺陷；1990年，陳介餘等研製成功了利用西瓜的聲波響應特性對西瓜的內部裂紋和成熟度等進行無損檢測的裝置。國外的以上這些研究均表明了利用食品與農產品的聲學特性對食品與農產品品質(尤其是內部品質)進行無損檢測的巨大潛力。
在我國,聲波檢測技術在工業和醫學上的應用已比較廣泛,但在食品與農產品生產和加工中的應用研究尚處於起步階段,應充分利用發達國家已取得的經驗,對食品與農產品的聲學特性與其品質之間的關係進行深入的研究,以便盡早在食品與農產品進行無損檢測和分級中應用該技術。
二、聲學特性檢測技術
(一)食品與農產品的聲學特性及檢測原理
食品與農產品的聲學特性是指：食品與農產品在聲波作用下的反射特性、散射特性、透射特性、吸收特性、衰減係數和傳播速度及其本身的聲阻抗與固有頻率等，它們反映了聲波與食品或農產品相互作用的基本規律。食品與農產品聲學特性的檢測裝置通常由聲波發生器、聲波傳感器、電荷放大器、動態信號分析儀、微型計算機、繪圖儀或打印機等組成。檢測時，由聲波發生器發出的聲波連續射向被測物料，反射、散射或從物料透過的聲波信號，被聲波傳感器接收,經放大後送到動態信號分析儀和計算機進行分析，即可求出食品與農產品的有關聲學特性，並在繪圖儀或打印機上輸出結果。食品與農產品的聲學特性隨食品與農產品內部組織的變化而變化，不同食品與農產品的聲學特性不同，同一種類品質不同的食品與農產品，其聲學特性往往也存在差異，故根據食品與農產品的聲學特性即可判斷其內部品質的狀況，並據此進行分類、分級。
(二)聲學特性檢測技術的應用
1.利用測定聲波傳播速度確定甜瓜的成熟度
經研究發現,隨著甜瓜的成熟,聲波在甜瓜中的傳播速度和共振頻率均將降低,而且兩者的變化趨勢完全一致。利用傳播速度來確定甜瓜成熟度,既不需測定質量,也不需進行快速傅裏葉變換。因此,與共振頻率相比,聲波傳播速度是易測定的指標。試驗表明,在適宜食用的成熟甜瓜中，聲波傳播速度為37～50m/s。
2.利用聲學特性檢測西瓜的成熟度
該檢測係統主要由物料台、聲波傳感器、放大器、磁帶記錄儀、計算機和打印機等設備組成。
為了防止環境噪聲影響檢測的精度，實驗應在比較安靜的環境中進行。對實驗的結果有影響的參數主要有：西瓜的質量m、體積V、密度ρ、糖度Bm和果皮厚度δ。
未熟西瓜在打擊瞬時，其音波振幅達到最大，隨後急劇衰減，呈不規則的衰減波形。而適熟西瓜和過熟西瓜的最大振幅出現在打擊之後的某一時刻，其波形上下稱，呈有規律的衰減。兩者波形相比，過熟西瓜的音波持續時間比適熟西瓜的稍長。為定量比較不同成熟度的音波波形，可以分別計算出波形對稱度α和對數衰減率β。
分析打擊音波功率譜密度可知，未熟西瓜的打擊音波含有多種頻率成分，而且峰值頻率ft較高，為164～280Hz，隨成熟增加，ft逐漸減少，在收獲適期，為132～164Hz，僅有一種頻率成分。過熟果的ft進一步減小到107～130Hz，在ft上下，又出現一些較小的峰值。
三、超聲波檢測技術